灌区节水改造工程渠道横断面设计及方案比选

阿扎提古丽·扎克

(新疆和田市水利局，新疆 和田 848000)

灌区节水改造工程渠道横断面设计及方案比选

阿扎提古丽·扎克

(新疆和田市水利局，新疆 和田 848000)

和田河大型灌区现有水利工程老化、破损严重,过水能力不足,抗洪能力差,排水设施不配套,水资源利用效率低,所以有必要对渠道进行改造。本文在进行渠道横断面设计及方案比选时充分考虑了施工质量及施工进度控制的难易程度、能否充分利用当地建筑材料、工程造价的高低和工程实施后的运行管理是否安全等情况,经过渠道横断面的设计和更新改造,将有利于充分、及时发挥灌区水利工程整体效益。

节水改造;断面型式;设计

和田河大型灌区骨干输配水系统老化，工程不配套，渠系防渗率低，再加上采用传统的地面灌溉方式，管理相对粗放，灌溉水利用系数低，水资源浪费严重，季节性严重缺水，降低了主要作物产量，制约了当地经济的发展。通过工程项目改造可保证灌区控制性工程的安全运行，提高分水和输水保证率，减少渗漏损失，改变水利设施建设滞后于农业发展的局面，对完善灌区灌溉系统、实现整体效益是非常必要的。

1 工程概况

和田市吉亚干渠灌区主要通过吉亚干渠上段(总长为4.96km，已在塔河项目中实施完毕，目前运行良好)、洛浦西干渠、洛浦总干渠等上级输水渠道从玉河渠首引水。通过现场踏勘成果，结合和田市水利局的反映，吉亚干渠上段已进行防渗改建，干渠下段是未进行防渗改建的土质渠道。由于供水任务重、运行时间长，加上当时的施工技术和运行管理水平有限，导致渠道填筑质量差，不适应计划供水的管理要求。目前渠道上渠坡塌陷、渠底凹凸不平、渠深宽不规则，渠道上段冲刷严重、下段淤积严重等现象普遍存在。沿线配备的分水、交通设施老化严重，由于渠系配套建筑物不完善，沿线随处可见随意设立的简易式桥梁。这不仅严重影响灌区内农业生产活动的开展，而且进一步扩大水资源的浪费。

吉亚干渠存在的问题主要有渠道渗漏损失大、冲刷破坏较为严重、渠道填筑质量差、管理设施不完善且管理力量薄弱等。

2 渠道横断面设计

该干渠工程为老渠防渗改建工程，现状渠道横断面是未进行防冲衬砌的宽浅式梯形渠断面，因此为了减少渠道开挖和填筑土方工程量，故渠道横断面仍采用梯形断面。在渠道横断面设计中用不同的衬砌材料进行比较，从中选取最优的衬砌横断面。

2.1 渠道设计过水能力

渠道设计过水能力按明渠均匀流公式计算，依据《灌溉与排水工程设计规范》附录H的公式进行计算。渠道横断面尺寸在水力最佳断面范围内。尽量采用经济实用断面，堤宽根据各渠段设计流量按规范计取，渠堤超高根据规范加大水深确定，即:

式中:Fb—渠堤超高，m;h加—渠道加大水深，m。

2.2 横断面设计

本渠道设计纵坡为1/343～1/784之间，部分渠段纵坡始终较陡。所以本设计中，充分考虑渠道纵坡、流速、地下水埋深、土壤腐蚀性、冻胀性、天然建筑物材料供应运距、工程施工、运行管理和参照已建渠道衬砌形式等方面的因素后因地制宜地确定了渠道的2种设计横断面即第一方案(比选方案)和第二方案(推荐方案)。下面分别对2种方案进行阐述。

第一方案(比选方案)，即全段渠底采用10c m厚现浇砼板衬砌、边坡采用 8c m厚现浇砼板衬砌，下设砂砾石防冻层的横断面方案。如图1所示。

图1 渠道设计横断面(第一方案)

具体结构为:渠底采用C 20现浇砼衬砌，衬砌层厚度0.10m，下设砂砾石防冻层。渠底宽较小的(≤1.5m)0+454～8+620渠段渠底不设纵向缝，渠底宽大于1.5m的0+000～0+454渠段渠底设纵向缝，渠底单块板纵向长度为3.0m，渠底相邻单块板之间设横向伸缩缝，伸缩缝缝宽2.0c m，分缝上部(迎水面)采用2.0c m厚聚胺脂砂浆(聚胺脂占50%，砂浆占50%)嵌缝，其下部采用厚度为8c m的高压闭孔板嵌缝。

边坡由表往里依次为8c m厚C 20现浇砼板衬砌，下设砂砾石防冻层。边坡现浇砼板板块尺寸(边坡斜长×渠道纵向长)控制在(1.8～1.53)m× 2.5m左右，边坡每隔2.5m设一道横向伸缩缝，边坡与渠底相交处设纵向伸缩缝，缝宽2.0c m，伸缩缝迎水面采用聚胺脂砂浆(聚胺脂占50%，砂浆占50%)嵌缝，嵌缝厚度 2.0c m，其下采用厚度6.0c m的高压闭孔板填缝。渠道每100m设一道C 20现浇砼隔墙，隔墙厚度为0.4m，其深度考虑到工程投资和渠道安全，取为0.5m。

根据水力计算，渠道宽深比在1.68～1.25之间，由此可见，渠道设计横断面在实用经济横断面范围内，满足设计要求。

左右堤顶宽均取为2.0m，渠顶设宽×厚= 30c m×8c m的 C 20现浇砼封顶板。封顶板每1.5m设一道分缝，缝宽2.0c m，采用高压闭孔板填缝。

第二方案(推荐方案)，即全渠段渠底采用C 20现浇砼板防渗防冲、边坡采用长方形C 20预制砼板防渗防冲、砂砾石防冻的横断面方案。如图2所示。

图2 渠道设计横断面(第二方案)

具体结构为:渠底采用C 20现浇砼板衬砌，衬砌层厚度0.10m，下设砂砾石抗冻层。渠底宽较小的(≤1.5m)0+454～8+620渠段渠底不设纵向缝，渠底宽大于1.5m的0+000～0+454渠段渠底设纵向缝，渠底单块板纵向长度为3.0m，渠底相邻单块板之间设横向伸缩缝，伸缩缝缝宽2.0c m，分缝上部(迎水面)采用2.0c m厚聚胺脂砂浆(聚胺脂占50%，砂浆占50%)嵌缝，其下部采用厚度8c m的高压闭孔板嵌缝。

边坡由表往里依次为厚度6c m的长方形C 20预制砼板衬砌，下设厚度2c m的M 5砂浆找平层和砂砾石防冻层。预制砼块板采用长60c m、高40c m的长方形结构，预制板结构缝宽为2.0c m，结构缝采用C 20细砾砼勾缝。

边坡每6.22m设一道伸缩缝，缝宽2.0c m，伸缩缝迎水面采用聚胺脂砂浆(聚胺脂占50%，砂浆占50%)嵌缝，嵌缝厚度2.0c m，其下采用厚度4.0c m的高压闭孔板填缝。渠道每100m设一道C 20现浇砼隔墙，隔墙厚度为0.4m，其深度考虑到工程投资和渠道安全，取为0.5m。

根据水力计算，渠道宽深比在1.63～1.22之间，由此可见，渠道设计横断面在实用经济横断面范围内，满足设计要求。

左右堤顶宽均取为2.0m，渠顶设宽×厚= 30c m×8c m的C 20现浇砼封顶板。封顶板每1.5m设一道分缝，缝宽2.0c m，采用高压闭孔板填缝。

3 横断面方案的比选

本干渠工程为老渠防渗改建工程，通过现场踏勘，本工程无导流条件，只能采用停水期抢修的办法进行施工。工程的设计及方案选择应充分考虑工程实施过程中的施工质量及施工进度控制的难易程度、能否充分利用当地建筑材料、工程造价的高低和工程实施后的运行管理是否安全问题。

3.1 工程施工和运行管理方面

第一方案采用全断面现浇砼板衬砌的防渗防冲形式，工程的机械化施工程度和施工过程中的专业施工队伍利用率较高，施工进度较快、施工方便、施工程序简单、工程质量较好控制，工程占地面积相对较小，但与预制砼板相比渠道流速相对较高，渠道抗磨损性能较差，使用寿命较短，进行停水期抢修难度大，混凝土难以达到设计强度。

第二方案渠底采用现浇砼板衬砌的防渗防冲形式、边坡采用预制砼板衬砌的防渗防冲形式，该方案渠道抗磨损性能较好，使用寿命较长，很适合停水抢修的施工办法，便于突击抢修，但工程的机械化施工程度和施工过程中的专业施工队伍利用率相对较低，施工不太方便，施工程序较复杂、工程质量保证较难。

因此在工程施工进度和运行管理方面第二方案优于第一方案。

3.2 衬砌材料供应方面

衬砌材料供应方面可比性不明显。

3.3 工程投资方面

工程投资方面第一方案优于第二方案。

通过对2个横断面方案各方面的比选，并考虑到本干渠工程停水期较短，没条件导流的实际情况，认为第二方案便于停水抢修、可以保证施工进度和工程质量，因此我们选择第二方案为推荐方案。

4 结语

综上所述，渠道断面形式的设计应考虑施工质量及施工进度控制的难易程度、能否充分利用当地建筑材料、工程造价的高低和工程实施后的运行管理是否安全等实际情况，因地制宜。此外，根据气象资料，和田市续建配套及渠道防渗改建工程所处地区多年最大冻土厚度0.67m，经工程地质人员沿线取原状土样的实验结果及地质剖面揭露图显示，渠基坐落在粘粒含量大于10%的低液限粉土层，属于冻胀土，因此本工程渠道横断面设计中须考虑防止冻胀破坏的工程措施。

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［3］赵娟.梯形渠道水力最优断面设计方法研究［J］.杨凌职业技术学院学报，2006(03).

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1008-1305(2016)05-0095-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.033

2016-03-11

阿扎提古丽·扎克(1970年—)，女，高级工程师。